Lager

Es ist möglich, Lager in verschiedenen Detaillierungsgraden abzubilden. Abstrakte Konzeptlager sind die allgemeinste Form eines Lagers. Sie enthalten Informationen zur Position und Steifigkeit der Lagerstelle. Die Konventionen zum Einbau und zu Relationen gelten auch für Wälzlager und Gleitlager.

Einbau des Lagers im Modell

Ein Lager wird mit zwei Komponenten durch eine side-Relation verbunden. Dabei entspricht die Rolle „inner_part“ der Komponente, die am Innendurchmesser des Lagers befestigt ist. Analog entspricht die Rolle „outer_part“ der Komponente, die am Aussendurchmesser des Lagers befestigt ist.

Falls keine eindeutige Innen- und Außenseite identifiziert werden kann (abstraktes Konzeptlager), sind die Rollen „inner_part“/„outer_part“ beliebig festzulegen, z.B. bei axialen Verbindungen über inner_part = links.

Benötigte Komponenten	XML Syntax
Lager	<component id="12" type="concept_bearing"> ... </component>

Je nachdem welche Komponenten durch das Lager miteinander verbunden sind werden zwei der folgenden Komponententypen benötigt:

Optionale Komponenten	XML Syntax
Welle	<component id="15" type="shaft"> ... </component>
Gehäuse	<component id="2" type="gear_casing"> ... </component>
Wange	<component id="10" type="side_plate"> ... </component>

Je nachdem was für Komponenten durch das Lager miteinander verbunden sind, wird genau eine der folgenden Relationen benötigt:

Benötigte Relationen	XML Syntax
Side-Relation für eine Welle-in-Welle Lagerung	<relation id="16" type="side"> <ref id="12" role="assembly" hint="concept_bearing"/> <ref id="8" role="inner_part" hint="shaft"/> <ref id="20" role="outer_part" hint="shaft"/> </relation>
Side-Relation für eine Lagerung im Gehäuse	<relation id="18" type="side"> <ref id="12" role="assembly" hint="concept_bearing"/> <ref id="20" role="inner_part" hint="shaft"/> <ref id="2" role="outer_part" hint="gear_casing"/> </relation>
Side-Relation für eine Lagerung auf einem Gehäusezapfen	<relation id="18" type="side"> <ref id="12" role="assembly" hint="concept_bearing"/> <ref id="2" role="inner_part" hint="gear_casing"/> <ref id="20" role="outer_part" hint="shaft"/> </relation>
Side-Relation für eine Lagerung in der Wange	<relation id="17" type="side"> <ref id="12" role="assembly" hint="concept_bearing"/> <ref id="8" role="inner_part" hint="shaft"/> <ref id="10" role="outer_part" hint="side_plate"/> <relation>

Wälzlager

Es wird zwischen zwei Detaillierungsgraden von Wälzlagern unterschieden:

Bei der Komponente rolling_bearing_with_catalog_geometry werden die Katalogangaben entweder explizit oder implizit (Verweis auf Katalog) angegeben.
Bei der Komponente rolling_bearing_with_detailed_geometry wird die Lagerinnengeometrie entweder explizit oder implizit (Spezialdatei) angegeben.

Ein Wälzlager kann über eine Menge von Lagerreihen weiter detailliert werden, die wiederum eine Menge von Wälzkörpern enthalten können. Zur Beschreibung der Kontakte im Wälzlager können die Komponenten Wälzkörperkontakt sowie Lagerring und seine Oberflächenkontakte verwendet werden.

Lagerreihen und Wälzkörper

Die Beziehungen Lager-Lagerreihen und Lagerreihe-Wälzkörper werden durch ordered-assembly-Relationen abgebildet.

Benötigte Komponenten	XML Syntax
bearing_row 1	<component id="15" type="bearing_row"> ... </component>
...	...
bearing_row n	<component id="18" type="bearing_row"> ... </component>
rolling_element 1	<component id="21" type="rolling_element"> ... </component>
...	...
rolling_element_m	<component id="40" type="rolling_element"> ... </component>

Benötigte Relationen	XML Syntax
Side-Relation rolling_bearing – shaft – gear_casing	<relation id="1" type="side"> <ref id="8" role="assembly" hint="rolling_bearing"/> <ref id="3" role="inner_part" hint="shaft"/> <ref id="2" role="outer_part" hint="gear_casing"/> </relation>
Ordered-Assembly-Relation rolling_bearing – bearing_row order 1	<relation id="4" type="ordered_assembly" order="1"> <ref id="8" role="assembly" hint="rolling_bearing"/> <ref id="15" role="part" hint="bearing_row"/> </relation>
Ordered-Assembly-Relation rolling_bearing – bearing_row order 2	<relation id="5" type="ordered_assembly" order="2"> <ref id="8" role="assembly" hint="rolling_bearing"/> <ref id="16" role="part" hint="bearing_row"/> </relation>
...	...
Ordered-Assembly-Relation bearing_row – rolling_element order 1	<relation id="6" type="ordered_assembly" order="1"> <ref id="15" role="assembly" hint="bearing_row"/> <ref id="21" role="part" hint="rolling_element"/> </relation>
Ordered-Assembly-Relation bearing_row – rolling_element order 2	<relation id="7" type="ordered_assembly" order="2"> <ref id="15" role="assembly" hint="bearing_row"/> <ref id="22" role="part" hint="rolling_element"/> </relation>
...	...

Die in REXS 1.0 enthaltenen Attribute all_rows_are_identical auf der Komponente bearing und all_rolling_elements_are_identical auf der Komponente bearing_row sind entfallen. Es sind immer alle Lagerreihen und Wälzkörper explizit zu modellieren.

Klarstellung für bestimmte Lagertypen:

ein Vierpunktlager hat eine Kugelreihe
ein Kreuzrollenlager hat zwei Rollenreihen mit unterschiedlichen Druckwinkeln, etc.

Wälzkörperkontakte | rolling_element_contact

Um Berechnungsergebnisse für die verschiedenen Kontakte eines Wälzkörpers mit Laufbahn und Bord abzubilden wird die Komponente Wälzkörperkontakt (rolling_element_contact) verwendet. Die Zuordnung erfolgt über eine assembly-Relation zum Wälzkörper. Einem Wälzkörper können mehrere Kontakte zugeordnet werden. Der Kontaktpartner des Wälzkörpers wird dabei jeweils durch das Attribut rolling_element_contact_type des rolling_element_contact gekennzeichnet.

Benötigte Komponenten	XML Syntax
rolling_element	<component id="407" type="rolling_element"> ... </component>
rolling_element_contact	<component id="708" type="rolling_element_contact"> ... </component>

Benötigte Relationen	XML Syntax
assembly	<relation id="350" type="assembly"> <ref id="407" role="assembly" hint="rolling_element"/> <ref id="708" role="part" hint="rolling_element_contact"/> </relation>

Lagerringe, Hülsen und Oberflächenkontakte

Lagerringe

Es besteht die Möglichkeit die Lagerringe (Komponententyp bearing_ring) explizit zu modellieren. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn den Lagerringen ein (abweichender) Werkstoff zugewiesen werden soll oder der Kontakt der Lagerringe mit den Anbauteilen (z.B. dem Gehäuse) genauer beschrieben werden soll. Die Eigenschaften des Oberflächenkontakts können in der entsprechenden Komponente (Komponententyp surface_contact) definiert werden. Zusätzlich können Hülsen (Komponententyp sleeve) als axiale oder radiale Zwischenelemente berücksichtigt werden.

Der Lagerring (bearing_ring) wird über eine assembly-Relation mit dem Wälzlager verbunden. Die Kennzeichnung des Innen-/ Außenrings erfolgt über das Attribut "bearing_ring_type" der Lagerringkomponente. Dem Lagerring kann über eine reference-Relation ein Werkstoff zugewiesen werden.

Anmerkung

Wann sollten Lagerringe als Komponenten ausmodelliert werden?

Nur wenn deren Details von Interesse sind, andernfalls genügt es die Attribute "has_inner_ring", "has_outer_ring" zu nutzen.
Falls z.B. "has_inner_ring"=false darf auch keine Komponente für den Innenring modelliert werden.

Modellierungsrichtlinie Quasistatisch

Auch wenn die Lagerringe und ihr Kontakt mit den Anbauteilen (Welle, Gehäuse, etc.) modelliert werden muss das Lager wie üblich über eine side-Relation mit diesen Anbauteilen verbunden werden.

Es stehen 3 Detaillierungslevel zur Beschreibung des Lagerrings zur Verfügung (siehe Attribut "level_of_detail"):

cylinder (Zylinder)
contour (Rotationssymmetrische Kontur)
free_geometry (Freie Geometrie, z.B. CAD/ FEM)

Für das Detaillierungslevel free_geometry kann eine Baugruppe (assembly_group) über eine reference-Relation zugewiesen werden.

Benötigte Relationen	XML Syntax
assembly	<relation id="450" type="assembly"> <ref id="300" role="assembly" hint="rolling_bearing"/> <ref id="808" role="part" hint="bearing_ring"/> </relation>
reference	<relation id="451" type="reference"> <ref id="808" role="origin" hint="bearing_ring"/> <ref id="15" role="referenced" hint="material"/> </relation>
reference	<relation id="452" type="reference"> <ref id="808" role="origin" hint="bearing_ring"/> <ref id="201" role="referenced" hint="assembly_group"/> </relation>

Benötigte Relationen

XML Syntax

assembly

<relation id="450" type="assembly">
	<ref id="300" role="assembly" hint="rolling_bearing"/>
	<ref id="808" role="part" hint="bearing_ring"/>
</relation>

reference

<relation id="451" type="reference">
	<ref id="808" role="origin" hint="bearing_ring"/>
	<ref id="15" role="referenced" hint="material"/>
</relation>

reference

<relation id="452" type="reference">
	<ref id="808" role="origin" hint="bearing_ring"/>
	<ref id="201" role="referenced" hint="assembly_group"/>
</relation>

Hülsen

Die Komponente Hülse (sleeve) ist eigenständig (keine Zuordnung zu anderen Komponenten über eine assembly-Relation). Der Hülse kann analog zum Lagerring ein Werkstoff, die 3 Detaillierungslevel und im Falle des Detaillierungslevel free_geometry eine Baugruppe über eine reference-Relation zugewiesen werden.

Oberflächenkontakt

Die Komponente Oberflächenkontakt (surface_contact) enthält Parameter die den Kontakt genauer beschreiben (z.B. Kontaktfläche, Kontaktkraft, etc.). Die beiden Kontaktpartner und die Komponente Oberflächenkontakt werden über eine contact Relation verbunden. Die Art des Oberflächenkontakts (radial, axial links, axial rechts) wird über das Attribut "type_of_surface_contact" festgelegt. Bei axialen Kontakten bezieht sich "links"/ "rechts" auf den Kontaktpartner mit der Rolle "side_1".

Benötigte Relationen	XML Syntax
assembly	<relation id="500" type="contact"> <ref id="807" role="assembly" hint="surface_contact"/> <ref id="808" role="side_1" hint="bearing_ring"/> <ref id="2" role="side_2" hint="gear_casing"/> </relation>

Beispiel

Folgendes Beispiel zeigt wie ein Lageraußenring radial im Gehäuse liegt und sich axial an einer Hülse abstützt.

Gleitlager

Im folgenden wird die Modellierung von hydrodynamischen Radialgleitlagern beschrieben. Hydrodynamische Axialgleitlager sowie nicht geschmierte Gleitlager, Buchsen, etc. sind noch nicht näher in REXS definiert und können derzeit nur durch Konzeptlager (concept_bearing) approximiert werden.

Hydrodynamisches Radial-Gleitlager - hydrodynamic_radial_plain_bearing

Es besteht die Möglichkeit hydrodynamische Festsegmentlager (hydrodynamic_radial_plain_bearing) detailliert in REXS zu modellieren. Dabei werden die parametrische sowie die rasterbasierte Beschreibung mehrerer Profile, eine beliebige Anzahl von Profilmodifikationen (Taschen, Nuten, Bohrungen) sowie mehrteilige Gleitlagerschalen unterstützt. Es können sowohl konventionelle Gleitlager (drehender Lagerzapfen, stehende Lagerschale) als auch Planetengleitlager beschrieben werden. Kippsegmentlager werden noch nicht unterstützt.

Die Verbindung des Gleitlagers mit seinen Anbauteilen an der Innen- und Außenseite erfolgt wie bei allen Lagern über die side-Relation.

Der innere Aufbau des Gleitlagers wird nun genauer beschrieben:

Dem Lager können 0-x Gleitlagerschalen (radial_plain_bearing_shell) über eine ordered_assembly-Relation (von innen nach außen) zugewiesen werden
Dem Lager können 0-x Gleitlagerprofile (radial_plain_bearing_profile) über eine assembly-Relation zugewiesen werden. Über das Attribut "lubricant_side" wird festgelegt ob damit die Innen- oder Außenseite des Schmierspalts beschrieben wird.
Dem Lager können 0-x hydrostatische Taschen (radial_plain_bearing_slot), Gleitlagernuten (radial_plain_bearing_groove) und Gleitlagerbohrungen (radial_plain_bearing_hole) über eine assembly-Relation zugewiesen werden. Über das Attribut "lubricant_side" wird festgelegt ob damit die Innen- oder Außenseite des Schmierspalts beschrieben wird.
Dem Lager kann ein Schmierstoff (lubricant) über eine reference-Relation zugewiesen werden.
Einer Gleitlagerschale kann ein Werkstoff (material) über eine reference-Relation zugewiesen werden.
Ein Gleitlagerprofil kann entweder parametrisch beschrieben werden oder über eine assembly-Relation mit einer Punkteliste (point_list) verbunden werden. Der Punkteliste kann wiederum ein Gleitlager-Profildatensatz (radial_plain_bearing_profile_data_set) über eine reference-Relation zugewiesen werden. Dieser enthält für jeden Punkt die lokale Änderung des Durchmesserspiels.

Beispiel Modell Welle mit Radialgleitlager - XML-Syntax

Beispiel Modell | XML-Syntax

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<model applicationId="FVA Workbench" applicationVersion="9.0" date="2023-12-06T13:52:44+01:00" version="1.6">
  <relations>
        ...
    <relation id="8" type="side">
      <ref id="2" role="outer_part" hint="Casing [2]"/>
      <ref id="3" role="inner_part" hint="Shaft [3]"/>
      <ref id="5" role="assembly" hint="Plain bearing [5]"/>
    </relation>
    <relation id="12" type="reference">
      <ref id="5" role="origin" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="6" role="referenced" hint="lubricant"/>
    </relation>
    <relation id="13" type="ordered_assembly" order="1">
      <ref id="5" role="assembly" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="16" role="part" hint="radial_plain_bearing_shell"/>
    </relation>
    <relation id="14" type="reference">
      <ref id="16" role="origin" hint="radial_plain_bearing_shell"/>
      <ref id="9" role="referenced" hint="material"/>
    </relation>
    <relation id="15" type="ordered_assembly" order="2">
      <ref id="5" role="assembly" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="17" role="part" hint="radial_plain_bearing_shell"/>
    </relation>
    <relation id="16" type="reference">
      <ref id="17" role="origin" hint="radial_plain_bearing_shell"/>
      <ref id="8" role="referenced" hint="material"/>
    </relation>
    <relation id="17" type="assembly">
      <ref id="5" role="assembly" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="18" role="part" hint="radial_plain_bearing_profile"/>
    </relation>
    <relation id="18" type="assembly">
      <ref id="5" role="assembly" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="19" role="part" hint="radial_plain_bearing_profile"/>
    </relation>
    <relation id="19" type="assembly">
      <ref id="5" role="assembly" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="20" role="part" hint="radial_plain_bearing_slot"/>
    </relation>
    <relation id="20" type="assembly">
      <ref id="5" role="assembly" hint="hydrodynamic_radial_plain_bearing"/>
      <ref id="21" role="part" hint="radial_plain_bearing_slot"/>    
    </relation>
	...
  </relations>
  <components>
        ...
    <component id="5" type="hydrodynamic_radial_plain_bearing" name="Plain bearing [5]">
       <attribute id="ambient_pressure_plain_bearing" unit="N / mm^2">0.1</attribute>
       <attribute id="feed_pressure_plain_bearing" unit="N / mm^2">0.15000000000000002</attribute>
       <attribute id="inner_diameter" unit="mm">120.0</attribute>
       <attribute id="is_isothermal_calculation" unit="none">true</attribute>
       <attribute id="mounting_angle_plain_bearing" unit="deg">-35.0</attribute>
       <attribute id="outer_diameter" unit="mm">250.0</attribute>
       <attribute id="reference_component_for_position" unit="none">1</attribute>
       <attribute id="reference_diameter_relative_clearance_plain_bearing" unit="mm">120.0</attribute>
       <attribute id="relative_clearance_plain_bearing" unit="%">0.215</attribute>
       <attribute id="u_coordinate_on_shaft_inner_side" unit="mm">60.0</attribute>
       <attribute id="u_coordinate_on_shaft_outer_side" unit="mm">60.0</attribute>
       <attribute id="width" unit="mm">90.0</attribute>
    </component>
    <component id="16" type="radial_plain_bearing_shell" name="Running surface Plain bearing [5]">
       <attribute id="inner_diameter" unit="mm">120.0</attribute>
       <attribute id="lubricant_side" unit="none">outer_side</attribute>
       <attribute id="outer_diameter" unit="mm">122.0</attribute>
    </component>
    <component id="17" type="radial_plain_bearing_shell" name="Shell Plain bearing [5]">
       <attribute id="inner_diameter" unit="mm">122.0</attribute>
       <attribute id="lubricant_side" unit="none">outer_side</attribute>
       <attribute id="outer_diameter" unit="mm">250.0</attribute>
    </component>
    <component id="18" type="radial_plain_bearing_profile" name="Profile Plain bearing [5]">
       <attribute id="angular_position_center_of_curvatue" unit="deg">90.0</attribute>
       <attribute id="end_angle_plain_bearing_feature" unit="deg">270.0</attribute>
       <attribute id="lubricant_side" unit="none">outer_side</attribute>
       <attribute id="profiling_plain_bearing" unit="none">1.42</attribute>
       <attribute id="starting_angle_plain_bearing_feature" unit="deg">90.0</attribute>
    </component>
            ...
    <component id="20" type="radial_plain_bearing_slot" name="Slot Plain bearing [5]">
       <attribute id="axial_position_of_plain_bearing_feature" unit="mm">-36.0</attribute>
       <attribute id="end_angle_plain_bearing_feature" unit="deg">120.0</attribute>
       <attribute id="fill_ratio_plain_bearing_feature" unit="none">1.0</attribute>
       <attribute id="is_pressurized" unit="none">true</attribute>
       <attribute id="lubricant_side" unit="none">outer_side</attribute>
       <attribute id="starting_angle_plain_bearing_feature" unit="deg">90.0</attribute>
       <attribute id="width" unit="mm">72.0</attribute>
    </component>
            ...
  </components>
</model>

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